Consteel连续炼钢电炉除尘技术综述.docx

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Consteel连续炼钢电炉除尘技术综述

Consteel连续炼钢电炉除尘技术综述

Consteel连续炼钢电炉除尘技术综述通风室薛晓丁张宇清/阿勇,——一一VI■要I本文扼要地介绍TConsteel电妒工艺和电妒烟气中的有毒物.并针对其除尘系统的流程设备配王,运行控制等方面进行T空面蝽连,以使有关设计.科研工作者对遗种节能,环保型电妒的除尘技术有较为奎面的了群.硼～Consteel~YP竺7（1闸.”1-F7Ij————,～——～J,J.仁JcomprehensiveDescripti0nontheDedustingTechnology—f7/forContinuousSteelmakingEAFofConsteelTypel0XueXiaodingZhangYuqingHeYongAbstractThispaperhasbrieflydes~ibcdprocessofConsteelEAFandpoisonousmaterialinfumefromEAF,andgivencomprehensiveintroductionintermofitsdeducingsystem’sflow,equipmentconfiguration,operationconUoL~tc.s0thattherelateddesigningandresearchingpersonsCallhaveacomprehensiveunderstandingofthededustingtechnologyforthiskindofEAFwithenergysavingandenvironmentprotectionfeamres.KeywordaConsteelEAFDedustingScrappreheating1Consteel电炉工艺90年代电炉炼钢技术发展的主要特钮E之一是利用电炉烟气预热废钢以降低吨钢能耗和生产成本.目前废钢预热电炉的类型主要有:

双壳炉,Fuchs竖炉和Consteel连续炼钢炉.Consteel连续炼钢技术是由意大利德兴集团公司（THETBCHINTGR0UPCOldPANIES）所属的英特制钢公司（I既STEEL）开发的新技术.其主要特点是连续加料,连续废钢预热和连续冶炼.它具有高生产率和低生产成本两太优点.图1是Consteel电炉的工艺简图.废钢,生铁等炉料通过预热段输送机和连接小车连续不断地加A电炉熔池.同时电炉抽出的高温烟气与废钢逆向而行.利用烟气的显热和化学热对炉料进行连续预热.预热后的废钢温度可高返600℃.连续加入电炉后迅速熔化,使电炉在整个炼钢过程都处于”熔清”状态,没有废钢”穿井”期.从而电炉可以一直在全功率F冶炼,实现了电弧的平稳操作.提高了变压器的1.作效率和功率冈数,缩短了冶炼周期.减少了炼钢耗电.自第一套L业性Consteel装置于1985年投运后,在美国,日本,意大利等地已有另外4座Consteel电炉相继建成投产.并取得了显着的经济效益.由于炼钢过程电弧的平稳操作,炉前噪声可降到100分贝以r,无需普通电炉常用的隔噪措施一大密cjj罩（doghouse）.并且与传统的顶加料电炉相比,Consteel电炉产生的烟气量较少,除尘设备的配置可比普通电炉小30～40.因此.Consteel电炉是一种典型的环保,节能型炼钢电炉.?

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钢铁技术l999年第6期2烟气中的主要污染物Consteel电炉的主要污染物有vOC,NOx,CO,二恶烷,呋喃和电炉粉尘等,熟悉这些污染物的生成条件和特性将有助于我们对Consteel电炉除尘技术更深入的了解和掌握田1ConsteeI连馈炼钢电炉工艺苘圈2.1VOC,NOx和c0VOC（VolatileOrganicCompounds一挥发性有机化台物）产生于废钢中的油污,涂漆,橡胶等有机物.在典型的电炉装料条件F.刚进入预热段的废钢会产生丈量的VOC.该类有机物大多数具有毒性.部分被列为致癌物质,如氯乙烯,苯等,部分对大气臭氧层具有破坏作用.如氯氟烃和氢氯氟烃等.’电炉炼钢时向炉内吹氧,喷碳的过程使得炉内排烟含有大量的CO（一氧化碳）,co与废钢预热段内喷入的空气燃烧时将产生NOx（氮氧化物的混合物）.NOx排入大气后在阳光照射下与氧反应将生成一种有毒化学烟雾,能刺激人的眼,鼻粘膜,引起病变.过量的排放还将引起”酸性雨”产生.对于VOC,NOx和C0国内外均有相应的政府法令对其排放进行管制.VOC和cO是可燃气,一般在排放前可将其燃烧掉,而NOx则需要通过合理地控制预热段内CO的燃烧过程.以降低其产生量.2.2二恶烷（DIOx）和呋喃（FURANS）二恶烷和呋喃在280℃～480℃的温度范围内可从废钢中的多种有机物中生成,其成分为聚氯二苯并吡一二恶烷（PCDD）和聚氯二苯井吡一呋喃（PCI）F）,分别有75和135种独立的但非常相似的氯化物.常温下两者均为固态,具有高熔点和高沸点,以及有限的水溶性二恶烷和呋哺是有毒致癌物质,一旦生成后就必须在高温F与中间有机化合1999年第6期钢铁技术?

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物一起完全氧化燃烧,生成C0z和H20.欧共体（E.E.C）制定了对l7种二恶烷和呋哺同类物的限制标准,具体限制是以2,3,7,8四氯二并吡一二恶烷的0.ing/m的毒性当量（TEQ）为排放极限,我国目前暂时还没有制定相应的排放标准.2.3电炉粉尘在Consteel电炉的废钢预热段中,烟气的流速比较低,烟气中的大量金属尘粒沉降在废钢表面又返回到电炉内,从而大大降低了进入除尘系统烟气中的含尘量,而且粉尘粒度也比较细.据有关资料介绍,Consteel电炉的平均产尘量为llkg/t钢.比传统工艺减少了30%左右.3ConsteeI电炉除尘技术要点3.1降尘系统工艺流稃Consteel电炉的除尘方式通常为炉内排烟+屋顶罩,图2是典型的Consteel电炉除尘系统流程图.为了更有效地捕集电炉出钢时产生的烟气,国外有的厂商也有设出钢罩的.电炉在正常冶炼过程中产生的一次烟尘（即炉内排烟）通过连接小车进入预热段（亦称一次燃烧室）.预热段入口处的烟气温度约为1300℃,烟气与废钢逆向而行,预热废钢,烟气达到预热段末端时温度降至1000℃左右.随后烟气进入二次燃烧室.气流速度降低.烟气中的大颗粒粉尘得以沉降,各种有害物质进一步燃尽.二二次燃烧室后的烟气冷却采用混风”急冷”的方法.即利用来自屋顶罩的冷空气混风将烟气温度瞬间降至约500℃（一次混风）.然后烟气进入机力风冷器,温度进一步冷却至300℃以F,最后与屋顶罩排风管汇合（_二次混风）,烟气温度降至120℃左右,进入布袋除尘器过滤净化,经由士风机,消音器排放至人气.圈2ConsteeI电炉除尘系统流程圈l翕I.?

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钢铁技术1999年第6期从除尘系统配置上看,Consteel电炉与普通电炉基本上是一致的,其主要区别是,对于1000℃左右的炉内排烟的冷却普通电炉采用的是水冷烟道,而Consteel电炉却不设水冷烟道,采用的是混风冷却的方式,这样做是为了”急冷”烟气,防止烟气中的有害物再生显然,水冷烟道的内表面及一些拐弯,死角紊流区域烟气温度较低,适合二恶烷和呋喃的再生条件,所以Consteel电炉炉内排烟冷却不采用水冷烟道,这无疑是考虑因素之一.3.2除尘系统主要设备配置3.2.1废钢预热段废钢预热段是Consteel工艺的技术关键,它既是电炉的连续进料装置也是除尘系统的烟气流通通道.除了预热废钢外,焚烧有害物净化烟气也是预热段的主要功能.通常在预热段与电炉加料口交接处设有烧嘴,并且沿预热段长度方向布置了多个助燃压缩空气喷吹点,用以辅助烟气中oo气体的燃烧.这样,c0的燃烧既产生热量强化了废钢预热效果,义有利于对废钢预热产生的VOC,_二恶烷和呋喃等有害物的燃烧净化.废钢预热段由预热器（上部罩体）,炉料输送机,连接小车和气动密封装置组成.预热器本体的设计主要是考虑对炉料输送机的密封和保温,外壳一般为钢板结构,内衬耐火材料,通常高度为l_8m,宽度为2m,长度为20m～30m.预热段的末端由一台长度约为4In的连接小车与电炉进料口连接起来,预热段的始端设有一套气动密封装置,用以防止烟气的泄漏和减少热损失.3.2.2二次燃烧室烟气进入二次燃烧室时气流速度突然降低,使烟气中的大颗粒粉尘得以沉降（有时亦称沉降室）.烟气在二次燃烧室内至少要停留2秒钟以上,以确保预热段后残留的VOC以及所有的碳质化合物都被充分燃尽.为了使有害物充分燃烧,燃烧室内的烟气温度需要维持在1000℃以上,为此仓体的设计要最大限度地提高紊流程度（采取设置挡板,改变烟气流向等措施）,燃烧室及其与预热段之间的连接采用内衬耐火材料的管道结构,并考虑要有良好的保温隔热性能.3.2.3风冷器与普通电炉一样,Consteel电炉内排烟系统配置的风冷器也是用于冷却二次燃烧室后温度为500℃左右的烟气,并将其降温至300℃以下.普通电炉在炉盖排烟弯管与活动套管问的缝隙处要吸入大量的“野风”,将炉内排烟温度从大约1400℃冷却至1000℃左右,所以其内排烟系统风量较大.而Consteel电炉炉内排烟用于预热废钢,相应的炉内排烟系统风量较小.据有关资料介绍,Consteel电炉比相同规格的普通电炉的内排烟系统的排风量少30%左右,故其风冷器的配置也比较小.3.2.4屋顶罩普通电炉一般采用料篮顶装料,炉盖需要移开.炉料倒入电炉时将要产生大量的烟气,屋顶罩的最大排烟量一般都是按装料期设计的.而Consteel电炉是连续装料,不存在装料期排划的问题,屋顶罩的最大排烟量通常是按出钢期考虑.一般地讲,对于相同规格的电弧炉而言,Consteel电炉屋顶罩的排风量比普通电炉少30～如%.3.2.5除尘器,主风机与普通电炉相同,Consteel电炉的烟尘净化通常采用脉冲布袋除尘器.由于烟气用于废钢预热后其粉尘具有油性,又细又粘,布袋除尘器的过滤风速宜控制在1.2m/min以内,并且宜采用具有强清灰特性的高压脉冲清灰装置,压缩空气压力为5kg/cm～7kg/cm,清灰采用分室离线喷吹的方式.如前所述,Consteel电炉无论是炉内1999年第6期钢铁技术?

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排烟或是屋顶罩的排风量均比普通电炉小,因此除尘系统主风机的能力也比普通电炉小.另外,.虽然我国冶金行业有关节能规定要求20吨以上的炼钢电炉除尘系统主风机必须配置液力耦台器或其它调速装置,但是由于Consteel电炉冶炼全过程比较平稳,在装料,冶炼和出钢过程中产生的烟气量起伏不大.因此除尘系统的主风机一般不考虑调速运行.综上所述.除尘器和主风机的处理风量小而且除尘系统是定风量运行,因此除尘系统的一次性投资和长期的运行费用都比较低,这是Consteel电炉除尘系统的主要特点之～.据介绍,对于一个8O万t/a规模的炼钢厂而言.Consteel比传统电炉除尘系统设备可节省投资60万美元左右.33除尘系统的运行控制由于Consteel电炉的冶炼全过程比较平稳.排风鼙起伏不大,除n风机定转数运行,囡此除尘系统运行的过程控制比较简单,而对烟气的燃烧,冷却,泄漏等的控制是除尘控制系统涉及的主要内容.3.3.1有害物的燃烧控制如前所述,Consteel电炉烟气中的有机有害物是通过焚烧进行净化的,因此烟气的燃烧控制是除尘系统尾气排放能否返标的关键,而整个燃烧净化过程基本上是在预热段内完成的.一般认为.c0含量在50mg/m左右进行950℃～1000℃的氧化燃烧时,可将VOC,二恶烷及其发生源有效地燃烧掉为了维持预热段末端烟气有1000℃以上的高温,没计上采取了炉内微负压控制及预热段入口气封控制的措施（详述见后）.以防止混入过多的冷空气降低烟气温度,同时也避免了有害气体从预热段外溢.并且采用了二次燃烧室内烟气停留2秒钟的设计,进一步保证了一次燃烧残留的有害物充分燃尽.NOx一般容易在高氧含量的燃烧条件下生成,所以预热段内必须控制过剩空气量.首先预热段内用于c0燃烧喷入的空气要适量控制,其次空气的喷入要沿预热段长度方向上多点布置,让c0在整个预热段中连续不断地燃烧.使预热段在2/3的长度上处于非氧化火焰,这样就可以有效地降低烟气中NOx的含量.Consteel除尘系统通常都配有连续监测摊放气体的流量,温度和化学成分的装置.并根据监测数据相应地调整炉压,气封和燃烧空气喷吹量,确保大气环境的空气质量.3.32一,二次混风阀控制如前所述,一次洮风是为了”急冷”预热段出来的高温气,将气温度从1000℃”急冷”至500℃左也,以防I气中二恶烷和呋哺等有害物的再生为l『省系统总排风耸.Consteel电炉的一’玖混风管引自屋顶罩排风总管.次洮风喇一般采用开,栩j阀,即I炉正常冶炼时蚓fj开启混风”急冷”气,而电炉山铡时装料输送机停返,炉内不需要排,阀fj处丁荚闭状态.二次混风是为了控制进入袋式除尘器前的烟气温度,确保除尘设备的安全返行.-二次混风阀通常是凋牾阀,其功能是根据一次混风后烟气的温度进行凋即一次混风后烟气温度降不到没定值时二次混风阀将进行”憋风”调.,将部分_1次混风”挤”入一次混风管,加人一次混风量,保证”急玲”效果.一,-二次混风阀的控制原理参见图2.3.3.3炉压控制Consteel电炉炉压控制是为了防止炉内烟气外溢污染车间环境,同时还要避免炉外低温空气过多地通过电炉的电极孔进入炉内降低烟气温度,影响烟气的净化燃烧和废钢预热效果.据有关专家介绍,?

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钢铁技术】999年第6期Consteel电炉正常冶炼时炉压在一60Pa～一190Pa范围内比较合适.炉压控制设施由设在炉盖内侧的测压探头.压力传感控制器和炉压调节阀组成.如图2所示,炉压调节阀设在废钢预热段末端的排烟管道上.其阀板通常为水冷结构.电炉正常冶炼时.压力传感控制器根据涌压探头渊得的炉内压力变化控制炉压调节阀的开启角度,使炉内压力控制在设定的范围内;电炉出钢时,为了防止预热段内残留的废气外溢,炉压调节阀不能完全关闭,炉内排烟系统仍需要一定的排风量.保持预热段内处于负压状态.3,3.4气封控制4结柬语为了防止废钢预热段入口处吸入过多的空气而降低了二次燃烧室的燃烧温度,Consteel工艺采用气封技术对预热段废钢入口进行密封.气封控制原理参见图3,气封风机一般为轴流型通风机.并且具有调速功能.气封风机的转数根据压力传感控制器的信号进行调节,使a,b两点的压力达到均衡,尽可能减少车间的空气进入预热段内.作为气封的辅助措旌,预热段入口采用铁链做成封挡垂帘,以强化气封的密闭效果.通常气封口内侧的压力（即b点）在电炉冶炼期控制在一500Pa左右.在电炉出钢期控制在~50Pa左右.田3璜热船气封控■示童田与传统的顶加料电炉相比较,Consteel工艺具有较好的环保,节能效果,首先在于电炉的冶炼全过程处于”熔清”状态,实现了电弧的平稳操作.既节省炼钢能耗,炉前噪声又可降低到lO0分贝以下,使车间有一个良好的操作环境;并且电炉采用炉气预热废钢.其产尘量,烟气量比普通电炉少,相应的除尘系统配置小,一次性投资和长期运行费用也比较低.由于Consteel电炉特有的连续废钢预热技术,使其除尘系统已成为炼钢上艺不可分割的组成部分,除尘系统的好坏将直接影响到电炉炼钢可否正常运行,因此Consteel电炉对除尘系统的可靠性要求更高.